(57)【要約】  本発明は、少なくとも１つのパワートランジスタ（Ｑ１）と、少なくとも１つのコンデンサー（Ｃ３）を含む電気エネルギー蓄積装置とを有する高電圧電気システムの放電回路（１００）に関し、この放電回路（１００）が、  −コンデンサ（Ｃ３）を放電するためにパワートランジスタ（Ｑ１）を導通モードに設定可能な制御分岐線（１２０）と、  −パワートランジスタ（Ｑ１）の制御分岐線（１２０）に入るゲート電流（ｉＧ）を制御するように構成された調整分岐線（１３０）とを含み、調整分岐線（１３０）は、コンデンサ（Ｃ３）を放電可能にする５秒以下の放電時間中に各パワートランジスタ（Ｑ１）が５Ｗ以下のパワーを放出するように、ゲート電流（ｉＧ）を制御する。  本発明は、また、このような放電回路（１００）を含むパワー電気機械の制御ユニットと、電気エネルギー蓄積装置（４００）の放電方法とに関する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高電圧電気システム（１０）の放電回路（１００）であって、少なくとも１つのパワートランジスタ（Ｑ１）と、少なくとも１つのコンデンサ（Ｃ３）を含む電気エネルギー蓄積装置（４００）とを有し、前記放電回路（１００）が、
−パワートランジスタ（Ｑ１）のゲート端子に接続可能な制御分岐線（１２０）を含み、この制御分岐線（１２０）が、コンデンサ（Ｃ３）を放電するためにパワートランジスタ（Ｑ１）を導通モードに設定可能であり、前記パワートランジスタ（Ｑ１）が、放出分岐線を形成し、
−パワートランジスタ（Ｑ１）の制御分岐線（１２０）に入るゲート電流（ｉＧ）を制御するように構成された調整分岐線（１３０）を含んでいる放電回路において、
前記調整分岐線（１３０）は、コンデンサ（Ｃ３）を放電可能にする５秒以下の放電時間中に各パワートランジスタ（Ｑ１）が５Ｗ以下のパワーを放出するように、ゲート電流（ｉＧ）を制御することを特徴とする放電回路。
【請求項２】
調整分岐線（１３０）が、放出分岐線のパワートランジスタ（Ｑ１）のエミッタ端子Ｅにバイパス接続されていることを特徴とする請求項１に記載の放電回路（１００）。
【請求項３】
調整分岐線（１３０）が、放出分岐線のパワートランジスタ（Ｑ１）のエミッタ端子Ｅのバイパスに、バイアス調整トランジスタ（Ｑ４）を含み、前記調整トランジスタ（Ｑ４）のコレクタ端子Ｃが放出分岐線の制御分岐線（１２０）に接続されていることを特徴とする請求項２に記載の放電回路（１００）。
【請求項４】
前記調整トランジスタ（Ｑ４）が、一方では、この調整トランジスタ（Ｑ４）のゲート端子Ｇとエミッタ端子Ｅとの間にバイパス接続された抵抗（Ｒ４）を介して、他方では、パワートランジスタ（Ｑ１）のエミッタ端子と調整トランジスタ（Ｑ４）のゲート端子との間に接続されたフィルタリングキャパシタ（Ｃ４）を介して、バイアスされることを特徴とする請求項３に記載の放電回路（１００）。
【請求項５】
前記調整分岐線（１３０）が、前記調整トランジスタ（Ｑ４）のゲート端子Ｇとエミッタ端子Ｅとの間にバイパス接続された放電抵抗（Ｒ５）を含むことを特徴とする請求項３または４のいずれか一項に記載の放電回路（１００）。
【請求項６】
前記調整分岐線（１３０）は、放出分岐線に入るゲート電流（ｉＧ）が一定であるように構成されていることを特徴とする先行請求項のいずれか一項に記載の放電回路（１００）。
【請求項７】
前記調整分岐線（１３０）は、放出分岐線に入るゲート電流（ｉＧ）が線形変化するように構成されていることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の放電回路（１００）。
【請求項８】
前記放出分岐線の制御分岐線（１２０）が、パワートランジスタ（Ｑ１）のバイアス抵抗（Ｒ６）を含み、前記調整分岐線（１３０）が、バイアス抵抗（Ｒ６）とパワートランジスタ（Ｑ１）のゲート端子Ｇとの間に接続されることを特徴とする請求項７から９のいずれか一項に記載の放電回路（１００）。
【請求項９】
放出分岐線の制御分岐線（１２０）が、放出分岐線を保護するように構成された保護ダイオード（Ｄ６）を含むことを特徴とする先行請求項のいずれか一項に記載の放電回路（１００）。
【請求項１０】
以下の２つの位置すなわち
−放電回路（１００）を非作動にする第１の位置；
−放電回路（１００）を作動する第２の位置
の少なくとも１つの位置をとるように構成されたスイッチング分岐線（１１０）を含むことを特徴とする先行請求項のいずれか一項に記載の放電回路（１００）。
【請求項１１】
前記スイッチング分岐線（１１０）が、
−調整分岐線（１３０）と放電回路（１００）の低電位点（Ｍ）との間で、それぞれコレクタ端子Ｃとエミッタ端子Ｅ  とを介して直列接続されるスイッチングトランジスタ（Ｑ３）と、
−前記スイッチングトランジスタ（Ｑ３）のゲート端子Ｇとエミッタ端子Ｅとの間で、このスイッチングトランジスタ（Ｑ３）のバイアス分岐線（１０２）にバイパス接続されるスイッチ（Ｉ）とを含み、前記スイッチングトランジスタ（Ｑ３）のバイアス分岐線（１０２）が、分圧器を含み、この分圧器が、
−前記スイッチングトランジスタ（Ｑ３）のゲート端子Ｇと放電回路（１００）の低電位点（Ｍ）との間に並列接続された第１の抵抗（Ｒ３１）と、
−前記スイッチングトランジスタ（Ｑ３）のゲート端子Ｇとスイッチ（Ｉ）との間に直列接続された第２の抵抗（Ｒ３２）と、
から形成されることを特徴とする請求項１０に記載の放電回路（１００）。
【請求項１２】
前記スイッチ（Ｉ）が、少なくとも１つの第１の値と第２の値とをとることが可能な制御電気信号により制御され、前記スイッチ（Ｉ）が、
−制御電気信号の第１の値のための第１の位置および
−制御電気信号の第２の値のための第２の位置
に設定されうることを特徴とする請求項１０または１１のいずれか一項に記載の放電回路（１００）。
【請求項１３】
ＤＣ／ＤＣコンバータまたは充電器を放電するための先行請求項のいずれか一項に記載の放電回路（１００）の使用。
【請求項１４】
自動車の電気コンプレッサを放電するための請求項１から１２のいずれか一項に記載の放電回路（１００）の使用。
【請求項１５】
パワー電気機械（３００）の制御ユニットであって、少なくとも１つのパワートランジスタ（Ｑ１）と、請求項１から１２のいずれか一項に記載の放電回路（１００）とを含んでいる制御ユニットにおいて、前記放電回路（１００）が、パワートランジスタ（Ｑ１）のゲート端子Ｇとエミッタ端子Ｅとの間に並列接続され、前記パワートランジスタ（Ｑ１）が、放出分岐線を形成することを特徴とする制御ユニット。
【請求項１６】
前記パワートランジスタ（Ｑ１）が、絶縁ゲートバイポーラトランジスタのタイプであることを特徴とする請求項１５に記載の制御ユニット。
【請求項１７】
前記放出分岐線が、少なくとも１つのパワーハーフゲートを含み、各々のハーフゲートが、第１のパワートランジスタ（Ｑ１）および第２のパワートランジスタを含み、第１および第２のパワートランジスタ（Ｑ１、Ｑ２）が、第１のパワートランジスタ（Ｑ１）のエミッタ端子Ｅを第２のパワートランジスタ（Ｑ２）のコレクタ端子Ｃに接続する共通電位点により直列接続されることを特徴とする請求項１６に記載の制御ユニット。
【請求項１８】
前記第１および第２のパワートランジスタ（Ｑ１、Ｑ２）の各々が、そのゲート端子Ｇとエミッタ端子Ｅとの間にバイパス接続された、バイアス分岐線を含んでいることを特徴とする請求項１７に記載の制御ユニット。
【請求項１９】
各々のパワートランジスタ（Ｑ１、Ｑ２）のバイアス分岐線が、バイアス抵抗（Ｒ１、Ｒ２）とフィルタリングキャパシタ（Ｃ１、Ｃ２）とを含んでいることを特徴とする請求項１８に記載の制御ユニット。
【請求項２０】
前記放電回路（１００）が、単一のパワートランジスタ（Ｑ１）のゲート端子Ｇとエミッタ端子Ｅとの間に並列接続されていることを特徴とする請求項１９に記載の制御ユニット。
【請求項２１】
コンデンサ（Ｃ３）に並列に配置された先行請求項のいずれか一項に記載の制御ユニットの、少なくとも１つのコンデンサ（Ｃ３）の放電方法であって、
−パワートランジスタ（Ｑ１）のコレクタ端子Ｃとエミッタ端子Ｅとの間でゲート電流（ｉＧ）を増幅するために、放出分岐線の少なくとも１つのパワートランジスタ（Ｑ１）を導通モードでバイアスするステップと、
−前記パワートランジスタ（Ｑ１）のエミッタ端子Ｅからの出力電流（ｉｓ）の一部から形成される検知電流（ｉｄ）を検知するステップと、
−前記出力電流（ｉｓ）に応じてゲート電流（ｉＧ）を調整するステップと、
を含んでいる方法において、
前記ゲート電流（ｉＧ）の調整ステップは、前記パワートランジスタ（Ｑ１）から放出されるパワーが閾値未満になるようにするために自律的に実施されることを特徴とする方法。
【請求項２２】
前記閾値が５Ｗであることを特徴とする請求項２１に記載の放電方法。
【請求項２３】
前記コンデンサ（Ｃ３）が、５秒以下の放電時間中に放電回路（１００）により放電されることを特徴とする先行請求項のいずれか一項に記載の放電方法。
【請求項２４】
前記調整ステップ中、ゲート電流（ｉＧ）が一定であることを特徴とする先行請求項のいずれか一項に記載の放電方法。
【請求項２５】
前記調整ステップ中、ゲート電流（ｉＧ）が線形変化することを特徴とする請求項２１から２３のいずれか一項に記載の放電方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特にハイブリッドまたは電気車両のモータ制御ユニット等の高電圧電気システムの放電回路に関する。本発明は、また、このような高電圧電気システムの放電方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
たとえばＡＣ−ＤＣコンバータ、充電器、あるいは電気モータもしくはハイブリッドエンジン用のパワーモジュール等の高電圧電気システムでは、これらの電気システムが設置される装置からユーザを保護するためにパワー導体を絶縁することがきわめて重要である。
【０００３】
特に、自動車の領域では、電気およびハイブリッド車両は、トランスミッションシャフトでエンジントルクを発生し、または、トランスミッションシャフトで得られる機械トルクから電気パワーを発生することを交互に行うために、少なくとも１つの三相電気モータを使用する。このような電気モータは、当該電気モータに加えて特に、電気エネルギー蓄積装置と、電気モータのためのパワー信号を波形成形可能な制御ユニットとを備えた、複雑な高電圧電気システムに設置される。高電圧電気システムのすべてのコンポーネントは、低電圧および／または高電圧電気信号を伝送するように構成された導体を備えた電気回路により接続される。
【０００４】
高電圧電気システムの物理的な全体が劣化していない正常な動作では、電気回路は、ユーザの安全性を保証するために互いに絶縁され、また特に車両の機械的な質量体から絶縁される。それに対して、たとえば事故後は、高電圧電気システムの電気回路が導体の破損により開放される可能性がある。いくつかのケースでは、破損した導体が車両の機械部品と接触し、機械部品を高電位にする可能性があり、これらに触ると危ない場合がある。このようなケースでは、ユーザまたは事故車両に介入する人々の身体的な安全性が危険にさらされることがある。
【０００５】
したがって、感電死のリスクを下げるために電気エネルギー蓄積装置を放電可能な放電回路が必要である。
【０００６】
公知の受動型の放電回路は、車両の介入および／またはプログラミングなしに自動的にあらゆる状況で電気エネルギー蓄積装置を放電するように構成されている。一般に、受動型の放電回路は、電気エネルギー蓄積装置に並列接続された少なくとも１つの放出抵抗を利用する。受動型の放電回路の不都合は、非常に強いインピーダンスの放出抵抗を必要とする点にあり、そのサイズは大きいので電気システムによっては組み込みが複雑化し、さらには不可能になる。そのうえ、インピーダンスが大きい抵抗の価格は高く、放電回路のコストを上昇させる。もう１つの別の不都合は、放電時間が長すぎることにあり、一般には電気エネルギー蓄積装置と放出抵抗のインピーダンス値とに応じて約数分間かかる。
【０００７】
また、公知の能動型の放電回路は、高電圧電気システムを放出設定にすることが可能な命令を送ることによって電気エネルギー蓄積装置を放電することができる。能動型の放電回路の不都合は、「環境」パラメータに応じて中央処理ユニットから送られる指令に対する応答時にのみ作動する点にある。指令が能動型放電回路に到達しない場合、この放電回路は非作動のままであり、電気エネルギー蓄積装置は放電されない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、上記の課題の少なくとも大部分に対応し、さらには他の長所を導くことを目的とする。
【０００９】
本発明の別の目的は、これらの課題の少なくとも１つを解決するための自律型の放電回路を提案することにある。
【００１０】
本発明のまた別の目的は、このような放電回路の製造コストを下げることにある。
【００１１】
本発明のさらに別の目的は、電気車両のユーザの安全性、あるいは、より一般的には高電圧電気システムのユーザの安全性を向上させることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の第１の側面によれば、高電圧電気システムの放電回路により上記の目的の少なくとも１つが達成され、この回路は、少なくとも１つのパワートランジスタと、少なくとも１つのコンデンサを含む電気エネルギー蓄積装置とを有し、放電回路が、（ｉ）パワートランジスタのゲート端子に接続可能な制御分岐線を含み、この制御分岐線が、コンデンサを放電するためにパワートランジスタを導通モードに設定可能であり、パワートランジスタが、放出分岐線を形成し、（ｉｉ）パワートランジスタの制御分岐線に入るゲート電流を制御するように構成された調整分岐線を含み、調整分岐線は、コンデンサを放電可能にする５秒以下の放電時間中に各パワートランジスタが５Ｗ以下のパワーを放出するように、ゲート電流を制御する。
【００１３】
本発明の第１の側面による放電回路によって、電気車両のユーザの安全性を向上させることができる。なぜなら、放電回路は、高電圧電気システムの少なくとも１つのパワートランジスタを含む放出分岐線において一つまたは複数のコンデンサから形成された電気エネルギー蓄積装置を短時間で空にすることができるからである。調整分岐線は、一つまたは複数のパワートランジスタにより放出されるパワーを制御するように、ゲート電流を制御する。特に、ゲート電流は、一方では、限られた放電時間で少なくとも１つのコンデンサを放電するためにパワートランジスタにより放出されるパワーが充分に大きくなるように調整され、他方では、放出されたパワーが大きすぎて一つまたは複数のパワートランジスタを損傷させないように調整される。一般に、５Ｗのパワーは、放電時間を制限すると同時にパワートランジスタを保護するのに適切な妥協値である。
【００１４】
本発明は、第１の側面によれば、電気エネルギー蓄積装置を放電するために高電圧電気システムのパワー電子コンポーネントのいくつかを利用する放電回路を提案する。電気エネルギー蓄積装置の一つまたは複数のコンデンサの放電は、少なくとも部分的に放熱により実施される。そのため、本発明の第１の側面による放電回路によって、もはや従来技術のように強いインピーダンスの放出抵抗を使用しないですむ。それどころか、この放電回路は、それが接続される高電圧電気システムのパワートランジスタの１つを利用するので、放電回路の製造コストを下げられる。その結果、本発明の第１の側面による放電回路は、放出抵抗を使用する必要がないので、パワーモジュールの内部でスペースを節約することもまた可能である。
【００１５】
本発明の第１の側面による放電回路は、有利には、単独または組み合わせて選択される次のような第１の改良の少なくとも１つを含むことができる：
−調整分岐線が、放出分岐線のパワートランジスタのエミッタ端子にバイパス接続されており、それによって、パワートランジスタの出力電流を検知し、パワートランジスタのゲート電流値を決定することができる。
−調整分岐線が、放出分岐線のパワートランジスタのエミッタ端子のバイパスに、バイアス調整トランジスタを含み、この調整トランジスタのコレクタ端子が放出分岐線の制御分岐線に接続されている。したがって、調整トランジスタは、検知された出力電流に応じてパワートランジスタの制御を実施し、パワートランジスタに入るゲート電流値をコントロールしながら、パワートランジスタにより放出されるパワーを正確に制御することができる。パワートランジスタの出力電流が高すぎると、制御分岐線に入る電流の大部分が調整トランジスタに向けて誘導され、パワートランジスタに入るゲート電流を減らす。その場合、これによって放出される電気パワーはより小さくなり、電気エネルギー蓄積装置の放電時間が長くなる。その反対のケースでは、パワートランジスタの出力電流が少なすぎると、制御分岐線に入る電流の無視できない部分が調整トランジスタの方に配向され、制御分岐線に入る電流のより大きな部分が、パワートランジスタに入るゲート電流を形成する。その場合、これによって電気パワーがより大きくなり、電気エネルギー蓄積装置の放電時間が短くなる。
−調整トランジスタが、一方では、調整トランジスタのゲート端子とエミッタ端子との間にバイパス接続された抵抗を介して、他方では、パワートランジスタのエミッタ端子と調整トランジスタのゲート端子との間に接続されたフィルタリングキャパシタを介してバイアスされ、調整トランジスタを導通モードに設定するための動作点を決定することができる。
−調整分岐線が、調整トランジスタのゲート端子とエミッタ端子との間にバイパス接続された放電抵抗を含み、実施される制御の力を決定することができる。なぜなら、放電抵抗は、調整トランジスタにバイパス接続されるので、調整トランジスタ内に入る電流の一部を迂回させ、調整トランジスタは、先に説明したようにパワートランジスタを調整できるからである。放電抵抗値は、調整トランジスタに入る電流の割合を決定する。すなわち、放電抵抗値が高ければ高いほど、調整トランジスタに入る電流が多くなり、調整トランジスタのコレクタ端子に入る電流が多ければ多いほど、パワートランジスタのゲート電流が少なくなる。つまり、パワートランジスタにより放出される電気パワーが減少し、電気エネルギー蓄積装置の放電時間が長くなる。その反対に、放電抵抗値が低ければ低いほど、調整トランジスタに入る電流が少なくなり、調整トランジスタのコレクタ端子に入る電流が少なければ少ないほど、パワートランジスタのゲート電流が多くなる。つまり、パワートランジスタにより放出される電気パワーが増加し、電気エネルギー蓄積装置の放電時間が短縮される。
−調整分岐線は、パワートランジスタにより放出されるパワーをほぼ一定にするために、放出分岐線に入るゲート電流が一定であるように構成される。
−調整分岐線は、パワートランジスタにより放出されるパワーを線形変化させるために、放出分岐線に入るゲート電流が線形変化するように構成される。好ましくは、所望のニーズに応じてゲート電流が増加または減少変化するように調整分岐線を構成することができる。限定的ではなく例として、放電抵抗は、パワートランジスタ内に放出されるパワーを増加または減少するように放電回路の動作中に値が増減する可変抵抗を含むことができる。
【００１６】
本発明の第１の側面または、その第１の改良の任意の１つに適合する放電回路は、有利には、単独または組み合わせで選択される次のような第２の改良の少なくとも１つを含むことができる。
−放出分岐線の制御分岐線が、パワートランジスタのバイアス抵抗を含み、パワートランジスタが導通モードに設定される動作点を決定し、調整分岐線は、バイアス抵抗と第２のパワートランジスタのゲート端子との間に接続される。
−放出分岐線の制御分岐線が、放出分岐線を保護するために、また特に制御分岐線に入る電流を波形成形するために構成された保護ダイオードを含む。
【００１７】
本発明の第１の側面または、その第１および／または第２の改良の任意の１つに適合する放電回路は、有利には、以下の２つの位置すなわち
−放電回路を非作動にする第１の位置；
−放電回路を作動する第２の位置
の少なくとも１つの位置をとるように構成されたスイッチング分岐線を含むことができる。
【００１８】
したがって、このような放電回路は、この放電回路を作動または非作動にすることによって電気エネルギー蓄積装置の放電を制御可能である。有利には、このような放電回路は、単独または組み合わせて選択される次のような第３の改良の少なくとも１つを含むことができる：
−スイッチング分岐線が、
−調整分岐線と放電回路の低電位点との間でそれぞれコレクタ端子とエミッタ端子  とを介して直列接続されるスイッチングトランジスタと、
−スイッチングトランジスタのゲート端子とエミッタ端子との間でスイッチングトランジスタのバイアス分岐線にバイパス接続されるスイッチとを含み、スイッチングトランジスタのバイアス分岐線が分圧器を含み、この分圧器が、（ｉ）スイッチングトランジスタのゲート端子と放電回路の低電位点との間に並列接続された第１の抵抗と、（ｉｉ）スイッチングトランジスタのゲート端子とスイッチとの間に直列接続された第２の抵抗とから形成される。
−スイッチが、少なくとも１つの第１の値と第２の値とをとることが可能な制御電気信号により制御され、このスイッチは、制御電気信号の第１の値のための第１の位置および制御電気信号の第２の値のための第２の位置に設定可能である。したがって、たとえば中央処理ユニット等のマスター装置から送信可能な制御信号を用いて、高電圧電気システムのいくつかの環境パラメータに応じて電気エネルギー蓄積装置の放電を制御可能である。あらかじめ決められたいくつかの条件が満たされない場合、マスター装置は、電気エネルギー蓄積装置の放電を開始する制御信号を発生する。限定的ではなく例として、電気またはハイブリッド車両の高電圧電気システムのケースでは、一般には約１２Ｖの低電圧制御電気信号あるいは一般には約３００Ｖの高電圧制御電気信号によりスイッチを制御可能である。低電圧信号の場合、制御電気信号は、たとえば「インターロック」システムまたは「ロック回路システム」の一部を成すことができる。
【００１９】
自動車電気工学において、「インターロック」システムは、一般に、マスター装置を備えたロック回路システムを含み、車両のさまざまな部品を接続するパワー電気系統により伝達されるインターロック電圧を発生する。車両の各部材は、対応するパワー電気系統におけるインターロック電圧の状態に応じて、これらの部材で電圧が流れるようにあるいは流れないように設定される。
【００２０】
本発明の第２の側面によれば、ＤＣ／ＤＣコンバータまたは充電器、あるいは自動車の電気コンプレッサを放電するために、本発明の第１の側面または、その改良の任意の１つに適合する放電回路の使用を提案する。
【００２１】
本発明の第３の側面によれば、電気モータ等のパワー電気機械の制御ユニットを提案し、この制御ユニットは、少なくとも１つのパワートランジスタおよび本発明の第１の側面または、その任意の１つの改良に適合する放電回路を含んでおり、放電回路が、パワートランジスタのゲート端子とエミッタ端子Ｅの間に並列接続され、パワートランジスタが、放出分岐線を形成する。
【００２２】
有利には、本発明の第３の側面による制御ユニットが、単独または組み合わせて選択される次のような改良の少なくとも１つを含むことができる。
−パワートランジスタが、絶縁ゲートバイポーラトランジスタのタイプである。
−放出分岐線が、少なくとも１つのパワーハーフゲートを含み、各々のハーフゲートが、第１および第２のパワートランジスタを含み、この第１および第２のパワートランジスタが、第１のパワートランジスタのエミッタ端子を第２のパワートランジスタのコレクタ端子に接続する共通電位点により直列接続される。
−各々の第１および第２のパワートランジスタが、そのゲート端子とエミッタ端子との間にバイパス接続された、バイアス分岐線を含んでいる。
−各々のパワートランジスタのバイアス分岐線が、バイアス抵抗とフィルタリングキャパシタとを含んでいる。
−放電回路が単一のパワートランジスタのゲート端子とエミッタ端子との間に並列接続されている。
【００２３】
本発明の第４の側面によれば、コンデンサに並列に配置された本発明の第３の側面またはその任意の１つの改良に適合するユニットの、少なくとも１つのコンデンサの放電方法を提案し、この放電方法は、以下のステップすなわち：
−パワートランジスタのコレクタ端子とエミッタ端子との間でゲート電流を増幅するために放出分岐線の少なくとも１つのパワートランジスタを導通モードでバイアスするステップと、
−パワートランジスタのエミッタ端子の出力電流の一部から形成される検知電流を検知するステップと、
−パワートランジスタにより放出されるパワーが閾値未満になるようにするために自律的に実施される、出力電流に応じたゲート電流の調整ステップと、
を含んでいる。
【００２４】
自律的な調整とは、外部の介入なしに、および／または命令またはデータの伝達なしに、および／またはエネルギー供給なしに、パワートランジスタの放電を実施する放電回路の性能を意味する。放電回路は、単に、スイッチング分岐線の状態、特にスイッチの状態に応じて動作または非動作となるように構成される。場合によっては、スイッチは、外部電気信号の有無により制御可能であり、これによってスイッチを自動的に適切な位置に設定し、スイッチが結合される高電圧電気システムの状態に応じて電気エネルギー蓄積装置を放電し、または放電しないようにすることができる。
【００２５】
本発明の第４の側面による放電方法は、有利には、単独または組み合わせで選択される次のような改良の少なくとも１つを含むことができる：
−閾値が５Ｗである。
−コンデンサは、５秒以下の放電時間中に放電回路により放電される。
−調整ステップ中、ゲート電流は一定であるか、または線形変化する。
【００２６】
ここで開示する任意のさまざまな特徴の考えられる組み合わせ全体に応じて、本発明の多様な実施形態が検討される。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
本発明の他の特徴および長所は、以下の詳細な説明ならびに、添付図面を参照しながら限定的ではなく例として挙げられた複数の実施例を読めば、明らかになるであろう。
【００２８】
【図１】本発明の第１の側面による放電回路を含む高電圧電気システムの概略図である。
【図２】本発明の第１の側面による放電回路の簡略図である。
【図３】本発明の第１の側面による放電回路の特定の１つの実施形態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
もちろん、本発明の特徴、変形実施形態、さまざまな実施形態は、それらが互いに相容れるものであり、または排他的でない限り、多様な組み合わせに応じて互いに結合可能である。特に、記載された他の特徴と切り離して以下に説明する特徴の１つの選択だけを含む本発明の複数の変形実施形態については、技術的な長所を付与するために、あるいは従来技術に対して本発明を区別するために当該特徴の選択が十分であれば、これを検討可能である。
【００３０】
特に、記載するすべての変形実施形態およびすべての実施形態は、技術的にこの組み合わせに反するものが全くなければ互いに組み合わせ可能である。
【００３１】
図では、複数の図に共通する要素には同じ参照符号を付した。
【００３２】
図１を参照すると、高電圧電気システム１０が示されている。高電圧電気システム１０は、単相または多相、好ましくは三相の電気機械３００を含む。特に電気機械３００は、永久磁石同期三相電気機械のタイプである。限定的ではなく例として、電気機械３００は、自動車のトランスミッションシャフトでエンジントルクを発生する電気モータとして、あるいはトランスミッションシャフトの機械トルクを電気に変換するための発電機として交互に動作するように構成された可逆性の電気機械とすることができる。
【００３３】
高電圧電気システム１０は、電子パワーモジュール２００に電気接続された電気エネルギー蓄積装置４００を含み、電気エネルギー蓄積装置４００は、電気を蓄えるように構成されている。特に、電気エネルギー蓄積装置４００は、大量のエネルギーを蓄える一方で、高電圧電気システム１０のいくつかの条件のもとでは、蓄積した電気エネルギーを放出するように構成される。限定的ではなく例として、電気エネルギー蓄積装置４００は、たとえばリチウム−イオンタイプの少なくとも１つのバッテリのタイプとすることができる。
【００３４】
高電圧電気システム１０は、また、一方では電気機械３００に、他方では電気エネルギー蓄積装置４００に電気接続された電子パワーモジュール２００を含む。電子パワーモジュール２００は、特に、電気機械３００を制御するために入力電気信号を波形成形するように構成されている。限定的ではなく例として、電子パワーモジュール２００は、複数のパワートランジスタを含むことが可能であり、たとえば電気エネルギー蓄積装置４００から送られる入力電気信号を高電圧電気信号に増幅して、電気機械３００に供給し、その動作を制御することができる。限定的ではなく例として、高電圧電気信号は２００Ｖ〜６００Ｖの範囲に含まれる。この信号は、好ましくは３００Ｖである。
【００３５】
図１に示した高電圧電気システム１０は、さらに、本発明の第１の側面による放電回路を含む。放電回路１００は、電子パワーモジュール２００と電気エネルギー蓄積装置４００との間に配置される。放電回路１００は、電子パワーモジュール２００と電気エネルギー蓄積装置４００とに電気的に接続される。以下、図２および図３で放電回路１００について、さらに詳しく説明する。
【００３６】
図２は、本発明の第１の側面による放電回路１００の簡単なブロック図である。
【００３７】
電気エネルギー蓄積装置４００は、コンデンサ４００により示されており、その第１の端子が、高電圧電気システム１０のアースＭに接続され、第２の端子が、高電圧電気システム１０の高電位点を形成している。
【００３８】
電子パワーモジュール２００は、第１のパワートランジスタＱ１と、この第１のパワートランジスタＱ１に直列接続された第２のパワートランジスタＱ２とを含む。特に、第１のパワートランジスタＱ１のエミッタ端子は、第２のパワートランジスタＱ２のコレクタ端子に結合される。第１のパワートランジスタＱ１および第２のパワートランジスタＱ２は、一緒にコンデンサ４００にバイパス接続されている。
【００３９】
第１のダイオードＤ１および第２のダイオードＤ２は、それぞれ第１のパワートランジスタＱ１および第２のパワートランジスタＱ２のバイパスに、特に、それらのコレクタ端子とエミッタ端子との間に接続されている。ダイオードＤ１およびＤ２は、第１のパワートランジスタＱ１および第２のパワートランジスタＱ２をそれぞれ保護するために、いわゆる「フリーホイール」ダイオードをそれぞれ形成している。
【００４０】
好ましくは、第１および第２のパワートランジスタＱ１、Ｑ２が、それぞれ、絶縁ゲートトランジスタのタイプである。
【００４１】
一般に、本発明の第１の側面による放電回路１００は、電子パワーモジュール２００にバイパス接続される。したがって、電子パワーモジュールの少なくとも一部は、電気エネルギー蓄積装置４００に蓄積された電気エネルギーを放電するために、放電回路１００により放出分岐線として使用される。
【００４２】
放電回路１００は、コンデンサ４００を放電するために電子パワーモジュール２００の少なくとも１つのパワートランジスタＱ１を導通モードに設定するための制御分岐線１２０と、パワートランジスタＱ１の制御分岐線１２０に入るゲート電流を制御し、パワートランジスタＱ１が、電気エネルギー蓄積装置４００を完全に放電可能にする閾値以下の放電時間にわたって５Ｗ以下のパワーを放出するように、あるいは、電気エネルギー蓄積装置を放電して、この装置に蓄積される電気エネルギーが人間にとって危険性を持たないようにするための調整分岐線１３０とを含む。
【００４３】
好ましくは、放電回路１００による電気エネルギー蓄積装置４００の放電時間が５秒以下である。
【００４４】
入力では、放電回路は、電気エネルギー蓄積装置４００の高電位端子１０１に電気的に接続される。
【００４５】
スイッチング分岐線１１０は、放電回路１００を作動または非作動に設定するように構成される。好ましくは、スイッチング分岐線１１０は、電気システム１０および／または、たとえば自動車等の電気システムが利用される装置のいくつかの環境パラメータに応じて、自動かつ自律的に上記構成のいずれかに放電回路１００を設定するようにされる。有利には、スイッチング分岐線１１０が、先に説明したような「インターロック」タイプの電気信号により制御される。
【００４６】
出力では、放電回路１００は、必要に応じて一定の形態に従って波形成形されたゲート電流ｉｇを第１のパワートランジスタＱ１のゲート端子に送るように構成される。
【００４７】
第１の変形実施形態によれば、放電回路１００は、放電回路１００の作動時に電子パワーモジュール２００により放出されるパワーが一定になるように、つねに一定のゲート電流ｉｇを波形成形するように構成される。
【００４８】
第２の変形実施形態によれば、放電回路１００は、放電回路１００の作動時に電子パワーモジュール２００により放出されるパワーが線形変化するように、線形タイプの経時的変化法則に従うゲート電流ｉｇを波形成形するように構成される。
【００４９】
もちろん、本発明の第１の側面による放電回路により波形成形されるゲート電流の形態は、上記の実施例に制限されるものではない。本発明の第１の側面による放電回路１００は、ユーザのニーズに応じてどのような形態のゲート電流でも波形成形するように構成される。電子パワーモジュール２００において放電開始時または放電終了時にそれぞれ一段と大きな電気パワーを放出するために、たとえば、指数関数的な増減法則に従ってゲート電流を波形成形することも可能である。
【００５０】
このため、放電回路１００は、図３に関して以下に詳しく説明する調整分岐線１３０を利用する。調整分岐線１３０は、第１のパワートランジスタＱ１のエミッタ端子と高電圧電気システム１０のアースＭとの間で第２のパワートランジスタＱ２にバイアス接続された電流検知器１４０を含む。電流検知器１４０は、第１のパワートランジスタＱ１の出力電流ｉｓから形成された検知電流ｉｄを検知するように構成され、特に高電圧電気システム１０のアースＭに向かって出力電流ｉｓの一部をバイパスするように構成される。
【００５１】
高電圧電気システム１０のアースＭに向かってバイパスされない出力電流ｉｓの部分は、コンパレータ１５０へと配向され、コンパレータは、第１のパワートランジスタＱ１にそのゲート端子から入るゲート電流ｉｇを波形成形するように構成される。
【００５２】
このようにして、第１のパワートランジスタＱ１に入るゲート電流ｉｇは、第１のパワートランジスタＱ１のバイパス電流ｉｄと出力電流ｉｓとに同時に応じて決定される。一般に、出力電流ｉｓが増加すると、バイパス電流ｉｄが増加するとともにゲート電流ｉｇが減少し、出力電流ｉｓを減少させる。その反対に、出力電流ｉｓが減少すると、バイパス電流ｉｄが減少するとともにゲート電流ｉｇが増加し、出力電流ｉｓを増加させる。
【００５３】
調整分岐線１３０を形成する電子コンポーネント、特に電流検知器１４０およびコンパレータ１５０を形成する電子コンポーネントのタイプにより、所望の用途およびニーズに応じて非常に変化に富んだゲート電流ｉｇを波形成形可能である。
【００５４】
図３は、本発明の第１の側面による放電回路１００の特定の１つの実施形態を示す図である。
【００５５】
電気エネルギー蓄積装置４００は、ここでは、コンデンサ４００により示されており、その第１の端子が、高電圧電気システム１０のアースＭに接続され、第２の端子が、高電圧電気システム１０の高電位点を形成している。
【００５６】
電子パワーモジュール２００は、図２に関して説明したように、第１のパワートランジスタＱ１と、第１のパワートランジスタＱ１に直列接続された第２のパワートランジスタＱ２とを含んでいる。第１のパワートランジスタＱ１および第２のパワートランジスタＱ２は、一緒にコンデンサ４００にバイパス接続されている。
【００５７】
各々のパワートランジスタＱ１、Ｑ２は、図２に関して説明したようなフリーホイールダイオードＤ１、Ｄ２を含む。
【００５８】
各々のパワートランジスタＱ１、Ｑ２は、少なくとも１つのバイアス抵抗Ｒ１、Ｒ２と、フィルタリングコンデンサＣ１、Ｃ２とから形成されるバイアス段を含む。各々のバイアス抵抗Ｒ１、Ｒ２と各々のフィルタリングコンデンサＣ１、Ｃ２は、対応するパワートランジスタＱ１、Ｑ２にバイパス接続され、特に、そのゲート端子Ｇとエミッタ端子Ｅとの間に接続される。各バイアス段は、動作点を決定可能であり、この動作点を起点として、対応するパワートランジスタＱ１、Ｑ２は、そのゲート端子に入る電流が増幅されてエミッタ端子から出る導通モードに設定される。バイアス段により決定される動作点よりも低い電気的なバイアス状態では、パワートランジスタがブロックされ、開放スイッチとして動作する。
【００５９】
放電回路１００は、第１のパワートランジスタＱ１のエミッタ端子にバイパス接続される調整分岐線１３０を含む。調整分岐線１３０は、第１のパワートランジスタＱ１のエミッタ端子にバイパス接続される調整トランジスタＱ４を含む。特に、調整トランジスタＱ４のゲート端子Ｇは、フィルタリングキャパシタＣ４を介して第１のパワートランジスタＱ１のエミッタ端子Ｅに接続され、調整トランジスタＱ４のコレクタ端子Ｃは、第１のパワートランジスタＱ１のゲート端子Ｇに接続される。
【００６０】
バイアス抵抗Ｒ４は、調整トランジスタＱ４のゲート端子Ｇとエミッタ端子Ｅとの間にバイパス接続される。
【００６１】
パワートランジスタＱ１、Ｑ２のバイアス段と同様に、バイアス抵抗Ｒ４とフィルタリングキャパシタＣ４は、調整トランジスタＱ４のためのバイアス段を一緒に形成する。
【００６２】
調整分岐線１３０は、また、調整トランジスタＱ４のゲート端子Ｇとエミッタ端子Ｅとの間にバイパス接続された放電抵抗Ｒ５の形態を呈する電流検知器１４０を含む。
【００６３】
したがって、図３に示された実施形態によれば、コンデンサ４００により蓄積されていてゲート電流ｉｇの形で放電される電気パワーを放出するために、第１のパワートランジスタＱ１が調整分岐線１３０により制御される。ゲート電流ｉｇは、調整分岐線１３０により放電抵抗Ｒ５と調整トランジスタＱ４とを介して調整される。すなわち、第１のパワートランジスタＱ１の出力電流ｉｓが増加すると、放電抵抗Ｒ５を通過するバイパス電流ｉｄが増加する。調整トランジスタＱ４に入る電流が増加し、制御分岐線１２０からより多くの電流をそのコレクタ端子Ｃに向けてバイパスする。このようにバイパス分がいっそう多くなると、制御分岐線１２０の出力電流が減少し、最終的に、第１のパワートランジスタＱ１に入るゲート電流ｉｇが減少する。その反対に、第１のパワートランジスタＱ１の出力電流ｉｓが減少すると、放電抵抗Ｒ５を通過するバイパス電流ｉｄが減少する。調整トランジスタＱ４に入る電流が減少し、制御分岐線１２０の出力電流のバイパス分が少なくなるので、最終的に第１のパワートランジスタＱ１に入るゲート電流ｉｇが増加する。
【００６４】
したがって、第１のパワートランジスタＱ１は、放電回路１００により制御され、調整分岐線１２０により波形成形されるゲート電流ｉｇに応じて電気パワーを放出する。好ましくは、第２のパワートランジスタＱ２は電気パワーを放出するために使用されず、調整分岐線１３０により調整されない。代替的に、調整分岐線は、パワーモジュール２００の複数のパワートランジスタＱ１、Ｑ２を制御してもよいし、あるいは、放電回路１００が、電子パワーモジュール２００のパワートランジスタＱ１、Ｑ２をそれぞれ制御する複数の調整分岐線１３０を含んでいてもよい。
【００６５】
放電回路１００は、また、少なくとも２つの位置すなわち、放電回路１００が非作動でコンデンサ４００が放電されない第１の位置と、放電回路１００が作動してコンデンサ４００が第１のパワートランジスタＱ１を介して放電される第２の位置とを取るように構成されたスイッチング分岐線１１０を含む。
【００６６】
特に、スイッチング分岐線１１０は、（ｉ）調整分岐線と、高電圧電気システム１０のアースＭとの間で、それぞれコレクタ端子Ｃとエミッタ端子Ｅとを介して直列接続されたスイッチングトランジスタＱ３と、（ｉｉ）スイッチングトランジスタＱ３にバイパス接続され、特にスイッチングトランジスタＱ３のゲート端子Ｇとエミッタ端子Ｅとの間に接続されたスイッチングＩとを含む。
【００６７】
スイッチングトランジスタＱ３は、動作点を決定可能なバイアス分岐線によりバイアスされ、この動作点を起点としてスイッチングトランジスタＱ３は、そのゲート端子に入る電流が増幅されてエミッタ端子から出る導通モードに設定される。バイアス段により決定される動作点に満たない電気的なバイアス状態では、スイッチングトランジスタＱ３がブロックされ、開放されたスイッチとして動作する。
【００６８】
スイッチングトランジスタＱ３のバイアス分岐線は、スイッチングトランジスタＱ３のゲート端子ＧとアースＭとの間に並列接続された第１の抵抗Ｒ３１と、スイッチングトランジスタＱ３のゲート端子ＧとスイッチＩとの間に直列接続された第２の抵抗Ｒ３２とから形成される分圧器を含む。スイッチＩは、バイアス抵抗Ｒ３と直列接続される。
【００６９】
したがって、スイッチＩが閉鎖位置に設定されると、第１および第２の抵抗Ｒ３１、Ｒ３２の間に短絡を生じる。スイッチングトランジスタＱ３は、第１の抵抗Ｒ３１とバイアス抵抗Ｒ３とから形成される分割ブリッジによりバイアスされる。この２つの抵抗は、バイアストランジスタＱ３をブロック状態に設定するバイアス状態を一緒に形成する。したがって、バイアストランジスタＱ３は開放スイッチとして動作し、放電回路１００を非作動にする。なぜなら、放電抵抗Ｒ５がもはや高電圧電気システム１０のアースＭに接続されないからである。
【００７０】
それに対して、スイッチＩが開放位置に構成されると、スイッチングトランジスタＱ３は、第１の抵抗Ｒ３１と第２の抵抗Ｒ３２とにより形成される分割ブリッジによりバイアスされる。この２つの抵抗は、バイアストランジスタＱ３を導通状態に設定するバイアス状態を一緒に形成する。放電抵抗Ｒ５は、高電圧電気システム１０のアースＭに電気的に接続され、放電回路１００が作動し、それによって、第１のパワートランジスタＱ１を介してコンデンサ４００を放電することができる。
【００７１】
先に述べたように、スイッチＩは、たとえば「インターロック」タイプの外部コマンドにより制御可能である。
【００７２】
スイッチＩは、このスイッチとバイアス抵抗Ｒ３とに並列接続された保護ダイオードＤ３とフィルタリングキャパシタＣ３とにより過電圧から保護される。
【００７３】
最後に、第１のパワートランジスタＱ１の制御分岐線１２０は、第１のパワートランジスタＱ１のバイアス抵抗Ｒ６を含み、調整分岐線１３０は、バイアス抵抗Ｒ６と第１のパワートランジスタＱ１のゲート端子Ｇとの間に接続される。第１のパワートランジスタＱ１の制御分岐線１２０は、また、ダイオードにより課される方向と反対方向に流れる電流をブロックすることによって、および／または、場合によっては発生する過電圧に対して制御分岐線を保護することによって、放出分岐線と第１のパワートランジスタＱ１とを保護するように構成された、保護ダイオードＤ６を含む。
【００７４】
当然のことながら、本発明は、記載された実施例に制限されるものではなく、本発明の範囲を逸脱せずにこれらの実施例に多数の修正を実施可能である。特に、本発明の様々な特徴、形状、変形実施形態、および実施形態は、それらが互いに相容れるものであり、または排他的ではない限り、多様な組み合わせに応じて互いに組み合わせ可能である。とりわけ、上記のすべての変形実施形態および実施形態は、互いに組み合わせ可能である。
【符号の説明】
【００７５】
１０  高電圧電気システム
１００  放電回路
１０２  バイアス分岐線
１１０  スイッチング分岐線
１２０  制御分岐線
１３０  調整分岐線
１４０  電流検知器
１５０  コンパレータ
２００  電子パワーモジュール
３００  パワー電気機械
４００  電気エネルギー蓄積装置
Ｃ  コレクタ端子
Ｃ３  コンデンサ
Ｃ１、Ｃ２、Ｃ４  フィルタリングキャパシタ
Ｄ３、Ｄ６  保護ダイオード
Ｅ  エミッタ端子
Ｇ  ゲート端子
Ｉ  スイッチ
ｉｄ  バイパス電流または検知電流
ｉｇまたはＧ  ゲート電流
ｉＳ  出力電流
Ｍ  アースまたは低電位点
Ｑ１、Ｑ２  パワートランジスタ
Ｑ３  スイッチングトランジスタ
Ｑ４  調整トランジスタ
Ｒ１、Ｒ２、Ｒ６バイアス抵抗
Ｒ５  放電抵抗
Ｒ３１  第１の抵抗
Ｒ３２  第２の抵抗
【図１】
2019531687.tif 000003
【図２】
2019531687.tif 000004
【図３】
2019531687.tif 000005
【国際調査報告】
2019531687.tif 000006
2019531687.tif 000007
2019531687.tif 000008
2019531687.tif 000009
2019531687.tif 000010
2019531687.tif 000011